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文檔簡介
1、航空航天技術博覽航空航天技術博覽第八章第八章 航空器研制過程與制造技術航空器研制過程與制造技術第八章第八章 航空器研制過程與制造技術航空器研制過程與制造技術 航空器研制過程航空器研制過程一航空器制造技術特點航空器制造技術特點二一一 航空器研制過程航空器研制過程飛機的試飛、定型 飛機制造過程 飛機設計過程 擬訂技術要求 4飛機的試飛、定型飛機的試飛、定型 3飛機制造過程飛機制造過程 2飛機設計過程飛機設計過程 1擬訂技術要求 一種新飛機的投入使用,須經(jīng)過下述四個階段一種新飛機的投入使用,須經(jīng)過下述四個階段航空器研制過程航空器研制過程一一 航空器研制過程航空器研制過程由飛機設計單位和訂貨單位協(xié)商后
2、共同擬訂出新飛機的戰(zhàn)術技術要求或使用技術要求1.擬訂技術擬訂技術要求要求技術要求確定了飛機的主要性能指標、主要使用條件和機載設備等設計單位必須保證新飛機能達到這些技術要求,訂貨單位則根據(jù)這些要求來驗收新飛機飛機的技術要求是飛機設計的基本依據(jù)一一 航空器研制過程航空器研制過程 總體設計2.飛機設計飛機設計過程過程 結構設計 一一 航空器研制過程航空器研制過程總體設計總體設計v確定全機主要參數(shù),即全機重量確定全機主要參數(shù),即全機重量G,發(fā)動機推力,發(fā)動機推力戶和翼載戶和翼載GS(S為機翼面積為機翼面積);v確定飛機的基本外形,如機翼、尾翼平面形狀、確定飛機的基本外形,如機翼、尾翼平面形狀、大致尺寸
3、和氣動布局;大致尺寸和氣動布局;v選擇發(fā)動機;選擇發(fā)動機;v飛行性能的初步估算。如滿足要求,則畫出飛機飛行性能的初步估算。如滿足要求,則畫出飛機的三面圖;的三面圖;v進行飛機的部位安排;進行飛機的部位安排;v確定結構型式和主要受力構件布置,并給出飛機確定結構型式和主要受力構件布置,并給出飛機各部件的重量控制指標。各部件的重量控制指標。 一一 航空器研制過程航空器研制過程結構設計結構設計v在總體設計基礎上,進行飛機各部件結構的初步在總體設計基礎上,進行飛機各部件結構的初步設計設計(或稱結構打樣設計或稱結構打樣設計);v對全機結構進行強度計算;對全機結構進行強度計算;v完成零構件的詳細設計和細節(jié)設
4、計,完成結構的完成零構件的詳細設計和細節(jié)設計,完成結構的全部零構件圖紙和部件、組件安裝圖。全部零構件圖紙和部件、組件安裝圖。 一一 航空器研制過程航空器研制過程裝設備、發(fā)動機試驗、試飛試制飛機制造工廠根據(jù)飛機設計單位提供的設計圖紙和技術資料進行試制。完成后裝上全部設備、系統(tǒng)和發(fā)動機由飛機工廠首批(一般稱“0”批,生產(chǎn)24架)試制出來的新飛機投入全機強度、疲勞和損傷容限的驗證試驗和試飛3.飛機制造過程飛機制造過程 一一 航空器研制過程航空器研制過程 目前,隨著計算機技術的迅猛發(fā)展,設計單位中大部分設計工作借助計算機輔助設計系統(tǒng)(CAD)來完成,包括分析、計算、構形設計,并可直接用計算機繪圖、發(fā)圖
5、。已發(fā)展到CADCAM一體化,采用無圖設計,只需在制造時把已儲存在計算機里的全部數(shù)據(jù)傳遞給計算機輔助制造系統(tǒng)(CAM),使整個飛機的設計和制造過程達到高度的集成化。 3.飛機制造過程飛機制造過程一一 航空器研制過程航空器研制過程4.飛機的試飛、定型過程飛機的試飛、定型過程 通過試飛全面檢驗飛機能否確保安全,性能是否滿足技術要求。把設計、制造中和試飛中出現(xiàn)的各種問題,通過更改設計或改進制造方法等全部排除。最后將飛機定型投入小批量生產(chǎn)。一一 航空器研制過程航空器研制過程 在新飛機的研制過程中,往往須進行相當數(shù)量的在新飛機的研制過程中,往往須進行相當數(shù)量的科學研究和試驗??茖W研究和試驗。 為選擇滿意
6、的外形須做大量的風洞試驗;為選擇滿意的外形須做大量的風洞試驗; 對用新材料對用新材料(如復合材料如復合材料)制作的結構性能進行某制作的結構性能進行某些專題研究和試驗;些專題研究和試驗; 對某些關鍵的結構件或結構設計方案進行必要的對某些關鍵的結構件或結構設計方案進行必要的疲勞或損傷容限的設計研制試驗,為詳細設計提疲勞或損傷容限的設計研制試驗,為詳細設計提供數(shù)據(jù)或進行早期驗證等。供數(shù)據(jù)或進行早期驗證等。4.飛機的試飛、定型過程飛機的試飛、定型過程二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點 航空器制造涉及多個學科,包括空氣動力航空器制造涉及多個學科,包括空氣動力學、材料學、航空電子學等;飛機整體結構
7、制學、材料學、航空電子學等;飛機整體結構制造技術有造技術有:高效數(shù)控加工、大型壁板的形成技術高效數(shù)控加工、大型壁板的形成技術和大型壁板精確加工技術。集成的整體結構、和大型壁板精確加工技術。集成的整體結構、復材構件和數(shù)字化技術,構筑了新一代飛機先復材構件和數(shù)字化技術,構筑了新一代飛機先進制造技術的主體框架。進制造技術的主體框架。 飛機制造技術飛機制造技術樹脂基復合材料構件樹脂基復合材料構件技術技術膠接結構制造技術膠接結構制造技術 超塑成形超塑成形/擴散連接擴散連接技術(技術(SPF/DB) 高性能航空發(fā)動機技高性能航空發(fā)動機技術術 先進機械連接技術先進機械連接技術 先進焊接技術先進焊接技術 數(shù)字
8、化的設計制造和數(shù)字化的設計制造和管理技術管理技術先進數(shù)控加工技術先進數(shù)控加工技術精密鈑金成形技術精密鈑金成形技術無損檢測技術無損檢測技術二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點 數(shù)字化的設計制造和管理技術數(shù)字化的設計制造和管理技術v長期以來,飛機設計制造一直遵循著傳統(tǒng)的二維長期以來,飛機設計制造一直遵循著傳統(tǒng)的二維設計、模線樣板、標準樣件方法,這種模擬量傳設計、模線樣板、標準樣件方法,這種模擬量傳遞路線長,誤差大,生產(chǎn)準備周期長,使用保管遞路線長,誤差大,生產(chǎn)準備周期長,使用保管不方便,更改費時費工,成本高,弊端很大。數(shù)不方便,更改費時費工,成本高,
9、弊端很大。數(shù)字化設計制造技術則完全改變了上述工作方法,字化設計制造技術則完全改變了上述工作方法,它借助于計算機網(wǎng)絡技術,采用三維數(shù)字化定義,它借助于計算機網(wǎng)絡技術,采用三維數(shù)字化定義,把飛機的結構和零件全部用三維實體描述出來,把飛機的結構和零件全部用三維實體描述出來,并且把各種技術要求、設計說明、材料公差等非并且把各種技術要求、設計說明、材料公差等非幾何信息以及各結構之間的相對位置表示清楚。幾何信息以及各結構之間的相對位置表示清楚。在此基礎上進行虛擬裝配,檢查零部件之間是否在此基礎上進行虛擬裝配,檢查零部件之間是否發(fā)生干涉以及它們之間的間隙,排除某些設計的發(fā)生干涉以及它們之間的間隙,排除某些設
10、計的不合理性,最終形成數(shù)字樣機。不合理性,最終形成數(shù)字樣機。二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點v數(shù)字樣機作為制造依據(jù),基本上實現(xiàn)了精確設計,數(shù)字樣機作為制造依據(jù),基本上實現(xiàn)了精確設計,極大限度減少了工程更改,節(jié)省了大量工裝模具極大限度減少了工程更改,節(jié)省了大量工裝模具和生產(chǎn)準備時間。飛機是通過數(shù)字化模型來表達和生產(chǎn)準備時間。飛機是通過數(shù)字化模型來表達的,各階段可共享模型數(shù)據(jù),因此在產(chǎn)品設計同的,各階段可共享模型數(shù)據(jù),因此在產(chǎn)品設計同時,可進行時,可進行CAE分析計算、工裝設計、工藝設計、分析計算、工裝設計、工藝設計、可制造性分析,并進行數(shù)字化傳遞,為并行工程可制造性分析,并進行數(shù)字化傳
11、遞,為并行工程創(chuàng)造了條件。數(shù)字化設計制造技術完全改變了原創(chuàng)造了條件。數(shù)字化設計制造技術完全改變了原來的設計制造方法,包括標準、規(guī)范和技術體系,來的設計制造方法,包括標準、規(guī)范和技術體系,所以它是體系性和全局性的技術,使傳統(tǒng)的飛機所以它是體系性和全局性的技術,使傳統(tǒng)的飛機設計制造技術發(fā)生了革命性的變化。設計制造技術發(fā)生了革命性的變化。 數(shù)字化的設計制造和管理技術數(shù)字化的設計制造和管理技術二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點v 西方工業(yè)發(fā)達國家飛機制造業(yè)應用數(shù)控技術始于西方工業(yè)發(fā)達國家飛機制造業(yè)應用數(shù)控技術始于60年代。年代。近近50年的數(shù)控技術發(fā)展中,發(fā)達國家飛機制造業(yè)中數(shù)控年的數(shù)控技術發(fā)
12、展中,發(fā)達國家飛機制造業(yè)中數(shù)控技術發(fā)展現(xiàn)狀和應用水平主要體現(xiàn)在以下幾個方面:基技術發(fā)展現(xiàn)狀和應用水平主要體現(xiàn)在以下幾個方面:基本實現(xiàn)機加數(shù)控化、廣泛采用本實現(xiàn)機加數(shù)控化、廣泛采用CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)系統(tǒng)和和DNC技術,達到數(shù)控加工高效率,建立了柔性生產(chǎn)線技術,達到數(shù)控加工高效率,建立了柔性生產(chǎn)線和發(fā)展了高速切削加工技術。發(fā)達國家飛機制造公司數(shù)和發(fā)展了高速切削加工技術。發(fā)達國家飛機制造公司數(shù)控技術應用水平高。表現(xiàn)在:不僅數(shù)控設備利用率高控技術應用水平高。表現(xiàn)在:不僅數(shù)控設備利用率高(一般達(一般達80),主軸利用率高(),主軸利用率高(95),且加工效率),且加工效率極高,加工周期短,勞
13、動生產(chǎn)率是我國的極高,加工周期短,勞動生產(chǎn)率是我國的2040倍。大倍。大型機翼整體加工件加工效率約型機翼整體加工件加工效率約50kg/h。先進數(shù)控加工技術先進數(shù)控加工技術二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點v 焊接技術發(fā)展日新月異,焊接新技術不斷擁現(xiàn),在現(xiàn)代焊接技術發(fā)展日新月異,焊接新技術不斷擁現(xiàn),在現(xiàn)代飛機制造中焊接技術的應用越來越多,例如以電子束焊飛機制造中焊接技術的應用越來越多,例如以電子束焊接為代表的高能束流焊接技術工程應用日趨成熟,以其接為代表的高能束流焊接技術工程應用日趨成熟,以其優(yōu)質(zhì)的接頭性能、較小的焊接變形等特點而逐漸成為飛優(yōu)質(zhì)的接頭性能、較小的焊接變形等特點而逐漸成為飛
14、機某些重要構件焊接的主要方法。又如近年發(fā)展起來的機某些重要構件焊接的主要方法。又如近年發(fā)展起來的攪拌摩擦焊技術,以其低于熔點塑性的連接特點,接頭攪拌摩擦焊技術,以其低于熔點塑性的連接特點,接頭力學性能接近母材,能實現(xiàn)一般焊接方法無法焊接的高力學性能接近母材,能實現(xiàn)一般焊接方法無法焊接的高強鋁合金焊接,將會給飛機鋁合金結構件(如壁板、蒙強鋁合金焊接,將會給飛機鋁合金結構件(如壁板、蒙皮、梁、桁等)的加工帶來革命性的變化。俄羅斯和西皮、梁、桁等)的加工帶來革命性的變化。俄羅斯和西方發(fā)達國家焊接技術發(fā)展迅速,在許多飛機型號上得到方發(fā)達國家焊接技術發(fā)展迅速,在許多飛機型號上得到了較普遍的應用,焊接技術
15、已成為先進飛機研制不可缺了較普遍的應用,焊接技術已成為先進飛機研制不可缺少的支撐技術。少的支撐技術。 先進焊接技術先進焊接技術二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點v發(fā)達國家的飛機連接裝配已由單臺數(shù)控自動鉆鉚發(fā)達國家的飛機連接裝配已由單臺數(shù)控自動鉆鉚機的配置向由多臺數(shù)控自動鉆鉚機、托架系統(tǒng)配機的配置向由多臺數(shù)控自動鉆鉚機、托架系統(tǒng)配置或由自動鉆鉚設備和帶視覺系統(tǒng)的機器人、大置或由自動鉆鉚設備和帶視覺系統(tǒng)的機器人、大型龍門機器人、專用柔性工藝裝備及坐標測量機型龍門機器人、專用柔性工藝裝備及坐標測量機等多種設備、不同配置組成的柔性自動裝配系統(tǒng)等多種設備、不同配置組成的柔性自動裝配系統(tǒng)發(fā)展。發(fā)展
16、。 先進機械連接技術先進機械連接技術二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點v 樹脂基復合材料具有高的比強度、比模量、抗疲勞、耐樹脂基復合材料具有高的比強度、比模量、抗疲勞、耐腐蝕、成形工藝性好以及可設計性強等特點,現(xiàn)已成為腐蝕、成形工藝性好以及可設計性強等特點,現(xiàn)已成為飛機結構中與鋁合金、鈦合金和鋼并駕齊驅的四大結構飛機結構中與鋁合金、鈦合金和鋼并駕齊驅的四大結構材料之一。國外干線客機用量約材料之一。國外干線客機用量約15,其應用水平成為,其應用水平成為飛機先進性的一個重要標志。飛機先進性的一個重要標志。v 為滿足飛機上擴大復合材料應用的需求,飛機制造商在為滿足飛機上擴大復合材料應用的需求
17、,飛機制造商在不斷地完善復合材料層壓板真空袋熱壓罐制造技術,不斷地完善復合材料層壓板真空袋熱壓罐制造技術,并不斷地開發(fā)高性能低成本的復合材料制造技術,如:并不斷地開發(fā)高性能低成本的復合材料制造技術,如:纖維縫合技術、樹脂轉移模塑成形技術(纖維縫合技術、樹脂轉移模塑成形技術(RTM)、樹脂)、樹脂膜滲透成形技術(膜滲透成形技術(RFI)、真空輔助樹脂滲透成形技術)、真空輔助樹脂滲透成形技術(VARI)、纖維鋪放技術、電子束固化技術及膜片成形)、纖維鋪放技術、電子束固化技術及膜片成形技術等。技術等。 樹脂基復合材料構件技術樹脂基復合材料構件技術 二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點v 復合材
18、料構件成形技術是制造大飛機的關鍵。復合材料構件成形技術是制造大飛機的關鍵。復合材料是一種由高強度、高剛度增強材料鋪設復合材料是一種由高強度、高剛度增強材料鋪設在基體中構成的新型材料,具有高比強度、高比在基體中構成的新型材料,具有高比強度、高比模量、良好的抗疲勞性、隱身性好、抗腐蝕性等模量、良好的抗疲勞性、隱身性好、抗腐蝕性等一系列優(yōu)點。在飛機上采用復合材料意味著可以一系列優(yōu)點。在飛機上采用復合材料意味著可以明顯減輕飛機的結構重量,提高飛機的性能。歐明顯減輕飛機的結構重量,提高飛機的性能。歐洲空中客車公司的超大型客機洲空中客車公司的超大型客機A380,碳纖維復,碳纖維復合材料的用量占結構總重的合
19、材料的用量占結構總重的15%。復合材料在。復合材料在美國美國B787飛機上的用量達飛機上的用量達50%,機身和機翼,機身和機翼部位都采用碳層合板代替鋁合金,機體蒙皮結構部位都采用碳層合板代替鋁合金,機體蒙皮結構幾乎全是復合材料。幾乎全是復合材料。 樹脂基復合材料構件技術樹脂基復合材料構件技術 二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點v膠接技術可用于連接不同材料、不同厚度、二層膠接技術可用于連接不同材料、不同厚度、二層或多層結構。膠接結構重量輕,密封性能好,抗或多層結構。膠接結構重量輕,密封性能好,抗聲振和顫振的性能突出。膠層能阻止裂紋的擴展,聲振和顫振的性能突出。膠層能阻止裂紋的擴展,具有優(yōu)
20、異的疲勞性能,此外膠接結構制造成本和具有優(yōu)異的疲勞性能,此外膠接結構制造成本和維修成本低。膠接、蜂窩膠接結構及金屬層板結維修成本低。膠接、蜂窩膠接結構及金屬層板結構在大型飛機上的應用前途寬廣。構在大型飛機上的應用前途寬廣。 膠接結構制造技術膠接結構制造技術二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點膠接結構膠接結構制造技術制造技術全金屬膠接結構全金屬膠接結構制造技術制造技術蜂窩夾層膠接蜂窩夾層膠接結構技術結構技術金屬復合層板金屬復合層板膠接技術膠接技術二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點v 先進飛機鈑金壁板的明顯特點是蒙皮厚、筋條高、結構先進飛機鈑金壁板的明顯特點是蒙皮厚、筋條高、結構網(wǎng)格
21、化、整體集成度大、結構剛度大和難以成形。第三網(wǎng)格化、整體集成度大、結構剛度大和難以成形。第三代飛機和大型飛機氣動外形要求嚴、壽命要求長,鈑金代飛機和大型飛機氣動外形要求嚴、壽命要求長,鈑金件不許敲擊成形,大都采用精密成形技術。件不許敲擊成形,大都采用精密成形技術。v 在淺筋條小曲率壁板的研制生產(chǎn)中,采用先進的噴丸成在淺筋條小曲率壁板的研制生產(chǎn)中,采用先進的噴丸成形技術。波音的數(shù)控噴丸系統(tǒng),不僅可控制成形參數(shù),形技術。波音的數(shù)控噴丸系統(tǒng),不僅可控制成形參數(shù),而且可預測和控制噴丸強化與拋光工序對壁板外形的影而且可預測和控制噴丸強化與拋光工序對壁板外形的影響,并研發(fā)了葉輪式數(shù)控拋丸設備。響,并研發(fā)了
22、葉輪式數(shù)控拋丸設備。v 在高筋網(wǎng)格式整體壁板研制生產(chǎn)中,開發(fā)壓彎與噴丸復在高筋網(wǎng)格式整體壁板研制生產(chǎn)中,開發(fā)壓彎與噴丸復合成形技術,發(fā)展了帶自適應系統(tǒng)的數(shù)控壓彎機。合成形技術,發(fā)展了帶自適應系統(tǒng)的數(shù)控壓彎機。v 在成形設備方面,除擴大規(guī)格外,彎管、旋壓、滾彎、在成形設備方面,除擴大規(guī)格外,彎管、旋壓、滾彎、拉形、橡皮囊液壓成形、噴丸及壓彎設備等均已普遍實拉形、橡皮囊液壓成形、噴丸及壓彎設備等均已普遍實現(xiàn)計算機控制,并實現(xiàn)了位移、載荷控制的精密化?,F(xiàn)計算機控制,并實現(xiàn)了位移、載荷控制的精密化。精密鈑金成形技術精密鈑金成形技術二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點v超塑成形的研究始于超塑成形的
23、研究始于60年代,當時年代,當時IBM用用Zn22Al合金材料以兩種方式(鈑金成形和體積合金材料以兩種方式(鈑金成形和體積成形)來成形計算機部件,并在成形)來成形計算機部件,并在1965年年4月申月申請了有關超塑成形的專利。請了有關超塑成形的專利。vSPF,SPF/DB構件研制中的結構形式從單層構件研制中的結構形式從單層SPF構件到構件到SPF/DB雙層板、三層板、四層板雙層板、三層板、四層板等,層數(shù)越來越多,構件尺寸越來越大,形狀越等,層數(shù)越來越多,構件尺寸越來越大,形狀越來越復雜。來越復雜。超塑成形超塑成形/擴散連接技術(擴散連接技術(SPF/DB) 二二 航空器制造技術特點航空器制造技術
24、特點v無損檢測為產(chǎn)品提供內(nèi)部質(zhì)量信息,既可作為產(chǎn)無損檢測為產(chǎn)品提供內(nèi)部質(zhì)量信息,既可作為產(chǎn)品評價的依據(jù),也為工藝分析提供參考信息。西品評價的依據(jù),也為工藝分析提供參考信息。西方國家非常重視無損檢測技術研究,并開發(fā)了許方國家非常重視無損檢測技術研究,并開發(fā)了許多先進的無損檢測設備。多先進的無損檢測設備。 無損檢測技術無損檢測技術無損檢測技術無損檢測技術 二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點v高性能航空發(fā)動機制造技術呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢:高性能航空發(fā)動機制造技術呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢:(1)輕量化、整體化、新型冷卻結構制造技術)輕量化、整體化、新型冷卻結構制造
25、技術向低成本、高效率方向發(fā)展;向低成本、高效率方向發(fā)展;(2)新材料構件制造技術出現(xiàn)較大突破;)新材料構件制造技術出現(xiàn)較大突破;(3)新工藝技術成為現(xiàn)代航空發(fā)動機發(fā)展的重)新工藝技術成為現(xiàn)代航空發(fā)動機發(fā)展的重大關鍵制造技術,并得到廣泛應用;大關鍵制造技術,并得到廣泛應用;(4)在傳統(tǒng)制造技術基礎上發(fā)展起來的先進制)在傳統(tǒng)制造技術基礎上發(fā)展起來的先進制造技術已成為支撐現(xiàn)代制造業(yè)的骨架和核心,以造技術已成為支撐現(xiàn)代制造業(yè)的骨架和核心,以信息化帶動傳統(tǒng)制造業(yè),企業(yè)信息化工程得到長信息化帶動傳統(tǒng)制造業(yè),企業(yè)信息化工程得到長足發(fā)展。足發(fā)展。高性能航空發(fā)動機技術高性能航空發(fā)動機技術 二二 航空器制造技術特
26、點航空器制造技術特點v飛機裝配是整個飛機制造過程的龍頭,飛機裝配飛機裝配是整個飛機制造過程的龍頭,飛機裝配技術是中國飛機制造過程中最薄弱的環(huán)節(jié),這項技術是中國飛機制造過程中最薄弱的環(huán)節(jié),這項復雜的系統(tǒng)工程,涉及飛機設計、工藝計劃、零復雜的系統(tǒng)工程,涉及飛機設計、工藝計劃、零件生產(chǎn)、部件裝配和全機對接總裝的全部過程,件生產(chǎn)、部件裝配和全機對接總裝的全部過程,有有4個關鍵技術個關鍵技術:簡易型架裝配技術、自動化鉚接簡易型架裝配技術、自動化鉚接技術、先進定位裝配技術和裝配過程的數(shù)字化仿技術、先進定位裝配技術和裝配過程的數(shù)字化仿真技術。真技術。 二二 航空器制造技術特點航空器制造技術特點v數(shù)字化網(wǎng)絡協(xié)同研制環(huán)境,是大飛機制造的發(fā)展數(shù)字化網(wǎng)絡協(xié)同研制環(huán)境,是大飛機制造的發(fā)展平臺,應用數(shù)字化技術,可以使飛機研制總裝的平臺,應用數(shù)字化技術,可以使飛機研制總裝的周期大大縮短。數(shù)字化飛機制造過程的實質(zhì)是一周期大
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